全球需求持续高涨，刺激了碳氢化合物能源的开采，特别是海洋油气开采平台。深水和极度深水油气生产始于20世纪90年代早期，并于2000年达到每天150万桶左右的产量，目前每天已超过720万桶油当量。
        深水油气开采的增加刺激了对于海洋石油平台和海洋石油支援船自动化系统的需求。这些需求对于各种自动化系统的使用方法的影响最大，以期改进和增加深水油气产量，特别是对于这些系统之间的互连方法影响十分显著。
        多自动化平台
        深水油气开采平台通常采用多种不同的自动化系统：
        ■ 海上钻井平台分布式控制系统（DCS）用来管理开采流体的分离和稳定过程，将原油与水和天然气分离开来。水在处理后可以再次用于压注，天然气可以作为海上钻井平台燃料，通过管路传输到陆上，再次压注或燃烧。根据海上钻井平台的不同类型，稳定后的石油可以存储在船上的油罐中或者通过管路输送到其他位置。除此之外，DCS还为整个钻井平台提供主要的人机界面（HMI）功能。
        ■ 主控系统（MCS）用来操作水下井口、多支管、化学试剂注入器和其他水下设备。通常分成两部分：安装于水下设备的湿式控制部分和位于海上钻井平台上的干式控制。
        ■ 船体系统整合了各种控制功能，例如压舱物管理、存储罐管理和清洁以及类似功能。
        ■ 酒店管理系统用来管理与船员保障相关的事务，例如HVAC、水和污水、食物准备、通讯和娱乐。
        聚焦于MCS和DCS两种系统之间接口方法的发展就能够明白是什么正在改变海洋自动化系统，以及深水船员是如何克服潜在挑战的。

挪威海边的Troll A 海上天然气平台由几根高达300 米的混凝土桩支撑。天然气传输管线和其他支持设备就安装在这些混凝土桩中。图片来源：Harald Pettersen，Statoil 公司。

        安全问题越来越重要。这刺激了对于具有安全等级的联锁装置以及对海底井口、歧管和其他设备的额外监控功能的需求。但是随着技术和方法越来越先进，其他问题也应运而生。例如海床上更大更复杂的作业现场要求越来越多的测量点、控制器和执行器。而且，由于海底处理技术日益改善，经济性也更好了，所以采用单元作业方式的性价比也更高了，例如可以在泥浆管路上完成分离作业、压注水作业和气体注入作业，无需将开采流体输送至甲板处理然后再输送会水下完成注入作业。这种改变意味着需要在海床上实现更加精密的控制策略。
        另一种变化是海底管道回接技术现在经常被用来扩展现有开采平台的工作寿命。在新区域内实施开采作业不一定要搭建新的平台，海底管道回接技术可以将新作业区域与现有的非饱和作业状态下的平台设施连接。这种解决方案要求控制网络能够扩展至数百英里以外，对复杂的混输泵送系统实施控制。
        不可否认，成本和风险的降低一直是需要考虑的因素。自动化系统及其接口总是成为石油安全的众矢之的，所以通过标准化和采用面向对象编程之类的先进编程技术来降低风险是重中之重。而且，由于MCS和DCS通常来自于不同供应商，所以必须最小化互相推卸责任的风险。
        最后，要想使用来自于多家相互独立的供应商的产品，必须有一个开源的支持机构，兼容性好且持续有效。专有工业网络协议的时代难以为继，工业用户甚至商务用户，他们所需要的协议一定是那种兼容各种供应商，支持大量的产品类型的协议。

海床上搭建的设备数量越来越多，不仅仅是数量，还包括功能。更多的现场设备被安装在这个极难应付的环境中。图片来源：Statoil公司。

        基于这些考量，对于持续的安全性改进以及离岸深水油气开采设施复杂度提升的需求就不足为奇了，更耐用、更快、更开放以及能够实现洋面洋底之间可持续通讯的自动化系统必定是未来之选。随之而来的是两种协议标准。
        传统上来说，Modbus就是MCS和DCS之间通讯的事实上的标准，Modbus开发于20世纪70年代，作为可编程逻辑控制器之间的通讯标准。正因为如此，它必须采用寄存器-寄存器寻址，而且数据类型也有限，它不具备任何对象管理能力，言外之意就是MCS和DCS的编程人员必须明确地操控数据类型和地址空间同步。它的体系架构并不完善，这意味它不提供意外状况报告功能。而且，Modbus限制在每个网络上只能搭载247个设备。另外，Modbus有很多协议类型，例如Modbus TCP/IP、Modbus over TCP/IP、Modbus Plus和Enron Modbus，每一种的内部结构和要求都不同。
        这些限制条件使石油公司、水下设备供应商以及自动化供应商开始寻求一种更好的MCS和DCS的接口方案。两个候选方案可以替代Modbus：EtherNet/IP和OPC UA。工业以太网协议（EtherNet/IP）最初是由Rockwell Automation公司开发CONTROL ENGINEERING China版权所有，现在由开放式设备网络供应商协会（ODVA）管理。OPC统一架构（OPC-UA）由OPC基金会管理。
        EtherNet/IP
        EtherNet/IP由Rockwell Automation公司于20世纪90年代末开发，通过TCP/IP网络实现企业自身的通用工业协议（CIP）。在这个意义上来说，它与DeviceNet和ControlNet类似，后者是在车辆和专用网络上实现CIP。这三种协议目前都由ODVA组织管理。
        EtherNet/IP使用一种数据包结构来完成基本I/O数据的传输，并通过TCP实现详细明确的信息发送，用于参数、设定点和其他数据的传输。它支持远程程序召唤结构，可以实现意外状况报告功能。此数据包结构允许一定程度的面向对象管理，用于标准I/O传输www.cechina.cn，其他作业需要更加详细的代码编写。
        加入了CIP安全层级后，可按照IEC 61508标准实现安全完整性等级SIL 3。
        EtherNet/IP在较低层级的自动化系统中被广泛地应用和支持，特别是在现场-控制和控制-作业层级，在现场和控制层级它还被用来实现点对点通讯CONTROL ENGINEERING China版权所有，但是在作业层级，这种点对点结构方式并未被广泛接纳。
        OPC-UA
        2006年OPC基金会推出OPC-UA，用于克服以前版本OPC的局限性。在众多改变之中包含多平台支持特性（ANSI C、Java、.Net和微软公司的Windows），内置具有节点编程能力或者面向对象编程能力的信息模型，支持意外状况报告功能的双向中断能力以及心跳监控和大型系统支持能力。支持两种协议级别：适用于嵌入式设备的高性能二进制协议和通用用途的网络服务协议。信息模型将用户应用程序与底层协议隔离开来，OPC基金会还提供了一套交互认证程序。
        说道弱项CONTROL ENGINEERING China版权所有，OPC-UA虽然支持冗余配置，但是它不支持在协议中实现SIL通讯。与EtherNet/IP相比，它上层通讯的要求也较高。
        最近几个月，OPC-UA获得了主要自动化供应商的关注，包括ABB、Yokogawa以及宣称支持并配备了OPC-UA并将OPC-UA的企业层面和作业层面的协议整合的Rockwell Automation公司。然而，Invensys公司和Siemens公司的步伐更超前，他们已经有了使用嵌入式OPC-UA技术将此协议扩展至控制应用和现场作业领域。
        综上所述，ODVA的EtherNet/IP协议在较低的控制层级中已经证明了其价值控制工程网版权所有，但是在作业层级和企业级别的应用并不广泛。它也不支持耐用的、便于使用的对象管理编程工具，但是它具备SIL3等级的版本。
        另一方面，OPC基金会的OPC-UA已经在更高的自动化层级中被自动化界广泛接纳，并且最近尝试作为一种通讯协议向现场和企业级应用扩展。而且，它完全支持面向对象编程技术，还配有十分耐用的交互认证程序。
        哪一个更好？这是个问题，而且这个问题也可以由你自己回答。标准化工作仍需努力，推荐标准预计于2013年面世。如果你希望参与其中，可以考虑加入MCS-DCS接口标准化（MDIS）组织（www.mdis-network.com）。这个小组的网站对其目标如是描述道：“在海上钻井平台系统实现MCS和DCS的平顺通讯需要开发一种标准接口，包括标准通讯协议。MDIS组织引入了主要的水下控制领域公司、海上钻井平台技术专家和石油公司。接口的标准化工作简化了数据通讯链路的建立过程，同时提升了数据质量。网络组是全行业的共享资源，它还能够互通标准MCS-DCS接口的未来发展信息。”